固体推进剂花板浇注的数值模拟与实验研究

利用Herschel-Bulkley本构模型,通过CFD黏弹性流体软件Ansys-Polyflow对固体推进剂药浆浇注工艺过程进行数值模拟,研究了真空浇注系统不同孔径条件下药浆的流动速度、挤出胀大效应、黏度、剪切速率及流平特性,并通过实验对数值模拟结果进行了验证。结果表明,花板孔径越大,药浆流速越快,7mm孔径条件下药浆流速最大可达0.10m/s,而3mm孔径流速最大值只有0.02m/s;挤出胀大比随浇注孔长径比(L/D)的减小而增大,孔径为3、5、7mm时的挤出胀大比在同一花板厚度下依次为1.05、1.31、1.44。HTPB四组元推进剂药浆为典型的屈服假塑性流体,当剪切应力低于某极限值时体系不流动,而高于该极限值时体系呈假塑性流体,黏度随剪切速率的增大而降低;当药浆流经花板和翼片时,流体剪切速率达到最大值,药浆黏度从最初的400Pa·s降至300Pa·s;药浆整体的流平性较好,未出现较大的孔洞和瑕疵;燃烧室芯孔右侧的微小空洞随着流动逐渐消失,直到燃烧室充满,云图显示孔洞的体积分数在0.5以下时,基本充满。